Вырожденных полупроводниках

На практике для уменьшения взаимной индуктивности обмоток между ними иногда помещают полюсы магнитопроводов. При этом образуется глубокий, но узкий провал мощности р'о в зоне стыка. Равномерность нагрева заготовок достигается правильным выбором соотношения между их длиной и длиной обмоток, чтобы при перемещении заготовок провал мощности не приходился на одну и ту же их часть. Выравнивание температуры происходит за счет теплопроводности.

Подогрев мазута в резервуарах производится циркуляционным способом, который обеспечивает интенсивное перемепншание мазута и выравнивание температуры в баке, что способствует выпариванию влаги.

Весьма отдаленно такое распределение соответствует случаю, когда возникает симметричное короткое замыкание стержней обмотки статора синхронного генератора вслед за отключением несимметричного короткого замыкания и нагрузки; в этом случае торец нагретого стержня смыкается с торцом холодного и в условиях снятой нагрузки происходит постепенное выравнивание температуры.

2. Для весьма коротких каналов, охлаждаемых воздухом, который циркулирует со сравнительно небольшой скоростью (два комплексно-сопряженных корня характеристического уравнения), влияние теплопроводности проводника оказывается весьма значительным. Максимальное превышение температуры проводника в этом случае практически не отличается от среднего ( 5-10). Использование упрощенной формулы и здесь целесообразно, но она должна применяться в форме, учитывающей выравнивание температуры по длине канала:

Рисунок 2.13,6 дает представление о наиболее распространенном цикле работы печи, включающем выдержку изделий при определенной температуре. Назначение этой выдержки — выравнивание температуры по сечению изделия и обеспечение необходимых превращений в его материале. Этот цикл характерен для процессов закалки, отпуска, нормализации и термохимической обработки металлов.

При заданном начальном распределении температуры, рассматриваемом как совокупность мгновенных источников теплоты, распределенных на участке /•— О...г0, выравнивание температуры определится выражением

Выравнивание температуры. Вследствие малости теплового сопротивления металлический корпус создает вокруг преобразователя как бы изотермическую оболочку. При этом значения температурных градиентов, которые могут появляться в преобразователе, как правило, уменьшаются.

где Т — абсолютная температура, р — плотность и с — удельная теплоемкость (значения дляДБ'/Б' см. в табл. 3.1). При однородных напряженных состояниях (например, у сжимаемых упругих элементов) выравнивание температуры происходит за счет теплового обмена с окружающей средой, а при изгибе — в основном внутри самого упругого элемента. При напряжениях чистого кручения и сдвига не возникает изменения объема, так что в соответствующих упругих элементах термические явления релаксации отсутствуют.

Во время переноса детали из первой закалочной среды (циркулирующая вода) во вторую (масло), на который затрачивается около 3 сек, произойдет частичное выравнивание температуры по сечению зуба, что приведет к некоторому повышению температуры в 1, 2 и 4-й зонах и, как следствие, — к частичному отпуску ранее образо-

Всегда с момента окончания нагрева заготовки до начала деформации затрачивается время на ее транспортировку от нагревателя до ковочного агрегата. За это время температура по сечению выравнивается. Выравнивание температуры дозволяет получить несколько меньший перепад температуры по сечению заготовки и, следовательно, ускорить темп ее выдачи из нагревателя.

удержание необходимой массы расплава в отжатом состоянии, выравнивание температуры и химического состава жидкометаллической ванны. Другим источником нагрева в нужные периоды плавки может добавляться энергия с более высоким КПД, что ускорит плавление вводимой шихты, повысит перегрев расплава и позволит улучшить качество металла.

Наиболее выдающиеся работы советских ученых и инженеров отмечены Ленинскими и Государственными премиями. Так, были удостоены Государственной премии в 1950 г. коллектив сотрудников под руководством А. В. Красилова за разработку кремниевых СВЧ-диодов, в 1961 г. С. Г. Калашников и другие за разработку германиевых СВЧ-диодов. Ленинские премии были присуждены в 1964 г. Н. Г. Басову, Б. М. Вулу, О. Н. Крохину, С. М. Рывкину и другим ученым за работы по получению когерентного излучения в переходе на вырожденных полупроводниках, в 1972. Ж. И. Алферову за создание гетероинжекционных полупроводниковых лазеров.

В вырожденных полупроводниках донорные и акцепторные уровни расщепляются в зоны, так как расстояния между примесными атомами невелики. Донорные уровни находятся в свободной зоне, а акцепторные — в валентной. Уровень Ферми лежит в разрешенной зоне (выше уровня дна свободной зоны Wca и ниже уровня потолка валентной зоны Wen), поэтому контактная разность потенциалов высока — энергия электрона близка к ширине запрещенной зоны.

Высокая концентрация примесей в р- и n-облаетях туннельного диода приводит к тому, что локальные уровни примесей образуют в вырожденных полупроводниках сплошную зону. Уровни Ферми полупроводников Ефр и Е$п будут расположены соответственно в валентной зоне р-об-ласти и зоне проводимости «-области. Энергетическая диаграмма p-n-перехода диода в состоянии равновесия показана на 3.18, я, где заштрихованные области соответствуют уровням энергии, занятым электронами с наибольшей вероятностью. В состоянии термодинамического равновесия зона проводимости n-полупроводника и валентная зона р-полупроводника перекрываются по энергии на величину §Е=Еъ—Еп. Поэтому электроны из зоны проводимости «-области могут туннелировать сквозь узкий переход в валентную зону р-области на свободные энергетические уровни, а электроны из валентной зоны р-области в зону проводимости «-области на свободные уровни энергии. Однако такие переходы частиц равновероятны, так как изоэпергетические уровни (уровни с одинаковым значением Е) по обе стороны перехода либо заняты, либо пусты с одинаковой вероятностью (см. 2.12). Суммарный ток через переход равен нулю.

И /г-типов искривляются. Вследствие того, что уровни Ферми в вырожденных полупроводниках расположены за пределами запрещенной зоны, при осуществлении контакта образуется зона перекрытия, расположенная между границей валентной "зоны Wa полупроводника р-типа и границей зоны проводимости Wn полупроводника n-типа. В этой зоне разрешенные уровни электронного полупроводника расположены против разрешенных уровней дырочного полупроводника. Для простоты рассуждений будем считать, что все разрешенные уровни, расположенные ниже уровня Ферми, заняты электронами, а расположенные выше него — свободны.

Из ф-л (2.5) и (2.6) следует, что в невырожденных полупроводниках, для которых применимы значения химических потенциалов, диффузионные токи пропорциональны градиенту концентрации носителей (при полной ионизации легирующих примесей концентрация носителей равна концентрации примесей), а коэффициенты диффузии не зависят от этих концентраций.

Необходимо отметить, что в вырожденных полупроводниках, например при высоких уровнях легирования, коэффициенты диффузии носителей имеют концентрационную зависимость.

В вырожденных полупроводниках наблюдается концентрационная зависимость коэффициента диффузии.

6.7. Изменение концентрации электронов в зоне проводимости с температурой для полупроводников, содержащих различное количество донорной примеси (а); уровень примеси в запрещенной зоне (б); образование примесной зоны из примесного уровня при высокой концентрации примеси (в); перекрытие примесной зоны и зоны, проводимости в вырожденных полупроводниках (г)' • .

Рассмотрим влияние легирования полупроводника на собственное поглощение. До тех пор пока уровень легирования не слишком; высок и Полупроводник остается невырожденным, легирование практически не сказывается на спектре собственного поглощения. Объясняется это тем,: что в невырожденных полупроводниках степень заполнения электронами состояний в зоне проводимости очень мала, так что они практически не мешают переходам электронов из валентной зоны. G другой стороны, в невырожденных полупроводниках даже р-типа степень заполнения состояний в валентной зоне близка к 1 и вероятность оптических переходов из этих состояний не зависиг от степени легирования.

.•:. .Иная ситуация имеет место в вырожденных полупроводниках. Слабое вырождение приводит к уменьшению коэффициентов поглощения на частотах, близких к краю собственного поглощения. Сильное же вырождение вообще сдвигает край поглощения в сторону более коротких волн. Этот эффект называют сдвигом Бурштейна. Он. отчетливо проявляется в полупроводниках с малой плотностью состояний у дна зоны проводимости (или у потолка валентной зоны), в. которых сильное вырождение достигается при сравнительно малых уровнях легирования. Так, в InSb легирование донорами (концентрация 5 • 1024 М'3) приводит к сдвигу длинноволновой границы собственного поглощения с 7,1 до 3,5 мкм. Во многих же случаях сдвиг Бурштейна маскируется другим эффектом сильного, легирования — изменением плотности состояний у краев энергетических зон. Это изменение происходит вследствие размытия примесных уровней в примесную зону и слияния последней с зоной проводимости или с валентной зоной.

В вырожденных полупроводниках донорные и акцепторные уровни расщепляются в зоны, так как расстояния между примесными атомами невелики. Донорные уровни находятся в свободной зоне, а акцепторные - в валентной. Уровень Ферми лежит в разрешенной зоне {выше уровня дна свободной зоны и ниже уровня потолка валентной зоны), поэтому контактная разность потенциалов высока - энергия электрона близка к ширине запрещенной зоны.